JP2018044935A - Chemical analysis device, pretreatment device and chemical analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学分析装置及びこの化学分析装置に用いる前処理装置並びに化学分析方法に係り、特に生体分子の検出に用いられる化学分析装置及びこの化学分析装置に用いる前処理装置並びに化学分析方法に関する。 The present invention relates to a chemical analysis device, a pretreatment device used in the chemical analysis device, and a chemical analysis method, and more particularly to a chemical analysis device used for detection of a biomolecule, a pretreatment device used in the chemical analysis device, and a chemical analysis method. .
臨床検査、環境、衛生、防災等の分野で管理すべき化学物質は非常に多岐に渡り、その種類も極めて多い。例えば、ホルモン分子や、内分泌攪乱物質、工場跡地の土壌汚染物質、建築資材から発生するアスベスト、食品や容器、若しくはそれらの製造装置から発生する異臭や異味の原因となる化学物質等が挙げられる。そのような化学物質の多くは低分子であり、通常測定物中に極めて微量しか含まれていない。このような微量の化学物質を迅速に、また高感度に検出することは各分野での安全性等を確保する上で極めて重要な作業である。 The chemical substances that should be managed in the fields of clinical examination, environment, hygiene, disaster prevention, etc. are very diverse and there are many types. For example, hormone molecules, endocrine disrupting substances, soil pollutants in factory sites, asbestos generated from building materials, chemical substances that cause off-flavors and off-flavors generated from foods and containers, or their manufacturing equipment, and the like. Many of such chemical substances are small molecules, and usually only a very small amount is contained in the measurement object. It is extremely important to detect such a trace amount of chemical substances quickly and with high sensitivity in order to ensure safety in each field.
例えばライフサイエンス分野では、メタボローム解析により、体内の現時点の状態を鋭敏に表す情報を取得し、テーラーメイドな予防を実現する動きが出てきている。このような手法を実現するには、アミノ酸や有機酸等の比較的低分子系の代謝産物を解析し、その結果を診断に応用することが求められるため、質量分析が重要な技術となっている。質量分析装置としては、例えば高電圧をかけた真空中に、血液、血清、尿、唾液等の生体試料を注入し、イオン化した成分を分離して検出することで、マススペクトルを得るものが知られている。 For example, in the life science field, there has been a movement to acquire tailor-made prevention by acquiring information that represents the current state of the body sensitively through metabolomic analysis. In order to realize such a method, it is required to analyze relatively low molecular weight metabolites such as amino acids and organic acids and apply the results to diagnosis, so mass spectrometry has become an important technology. Yes. As a mass spectrometer, for example, a biological sample such as blood, serum, urine, saliva or the like is injected into a vacuum with a high voltage, and ionized components are separated and detected to obtain a mass spectrum. It has been.
これらの測定現場では、目的の化学物質をその場で高感度に検出できる測定手法が求められている。さらに測定現場では、測定装置の小型化も求められている。これらの要求に対応するためには、特定の化学物質を検出対象物(以下、ターゲット分子とも示す。)として選択的に検出する際に、検出を攪乱する物質(以下、測定阻害物質と示す。)を、効率的に除去することが重要である。 At these measurement sites, there is a need for a measurement technique that can detect a target chemical substance with high sensitivity on the spot. Furthermore, in the measurement field, miniaturization of the measuring device is also required. In order to meet these requirements, when a specific chemical substance is selectively detected as a detection target (hereinafter also referred to as a target molecule), a substance that disturbs the detection (hereinafter referred to as a measurement inhibitory substance). ) Is important to remove efficiently.
例えば特許文献1には、反応室の上流に、検体中の測定阻害物質を除去する担体を収容するプレカラム部を有し、この反応室やプレカラム部に、回転による遠心力を用いて検体や試薬を送液するようにした反応チップが開示されている。
For example,
特許文献1に記載の反応チップでは、検体中の測定阻害物質を除去するための微細な構造や、遠心力を発生させる機構が必要であり、構造全体が複雑となる。また、この反応チップでは、回転による遠心力を用いて検体や試薬を送液しているため、送液に時間がかかり、高スループット分析には適しない。
The reaction chip described in
また、質量分析装置では、例えば生体試料に含まれるリン脂質等の測定阻害物質が、ターゲット分子よりも優先的にイオン化することがある。この場合、本来検出されるべきターゲット分子がイオン化されず、分析結果に誤差を生じ、分析精度が低下することがある。 Moreover, in a mass spectrometer, for example, measurement inhibitory substances such as phospholipids contained in a biological sample may be preferentially ionized over target molecules. In this case, target molecules that should be detected originally are not ionized, and errors may occur in the analysis results, resulting in a decrease in analysis accuracy.
そこで本発明の目的は、検出対象物を迅速にかつ高感度に定量する化学分析装置及びこの化学分析装置に用いる前処理装置並びに化学分析方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a chemical analysis apparatus that rapidly and highly sensitively quantifies a detection object, a pretreatment apparatus used in the chemical analysis apparatus, and a chemical analysis method.
本発明に係る化学分析装置の好ましい実施形態としては、検体に含まれる極性基を有する分子を捕捉する分子鋳型ポリマーを収容する前処理部と、前記前処理部に通液された前記検体に含まれる成分を定量する定量部と、を有することを特徴とする。 A preferred embodiment of the chemical analyzer according to the present invention includes a pretreatment unit that contains a molecular template polymer that captures a molecule having a polar group contained in a sample, and the sample that is passed through the pretreatment unit. And a quantification unit for quantifying the components to be quantified.
また、本発明に係る前処理装置の好ましい実施形態としては、検体に含まれる成分を定量分析する化学分析装置に使用される前処理装置であって、前記前処理装置は、前記検体に含まれる極性基を有する分子を捕捉する分子鋳型ポリマーを備えており、該分子鋳型ポリマーにより、前記検体から前記極性基を有する分子を除去することを特徴とする。 A preferred embodiment of the pretreatment apparatus according to the present invention is a pretreatment apparatus used in a chemical analysis apparatus that quantitatively analyzes components contained in a specimen, and the pretreatment apparatus is contained in the specimen. A molecular template polymer that captures a molecule having a polar group is provided, and the molecule having the polar group is removed from the specimen by the molecular template polymer.
また、本発明に係る化学分析方法の好ましい実施形態としては、極性基を有する分子を捕捉する分子鋳型ポリマーを収容する前処理部に検体を通液し、前記前処理部に通液された前記検体に含まれる成分を定量分析することを特徴とする。 Further, as a preferred embodiment of the chemical analysis method according to the present invention, the specimen is passed through a pretreatment unit containing a molecular template polymer that captures a molecule having a polar group, and the liquid passed through the pretreatment unit. It is characterized by quantitatively analyzing components contained in a specimen.
本発明によれば、検出対象物を迅速にかつ高感度に定量する化学分析装置及びこの化学分析装置に用いる前処理装置並びに化学分析方法を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the chemical analyzer which quantifies a detection target object rapidly and with high sensitivity, the pre-processing apparatus used for this chemical analyzer, and a chemical analysis method are realizable.
図1に、実施例1に係る化学分析装置600の概略構成を示す。化学分析装置600は、分子鋳型ポリマー微粒子61を内部に収容する前処理部60を有している。分子鋳型ポリマー微粒子61は、検体に含まれる極性基を有する分子を、測定阻害物質として捕捉する分子鋳型ポリマーを有している。分子鋳型ポリマーは、検体中の特定の測定阻害物質を、その測定阻害物質が有する特定分子構造に依存して捕捉するものである。なお、捕捉とは、結合や相互作用によって捉えることをいう。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
前処理部60は、例えばガラス、PDMS、アクリル等の樹脂により構成されている。分子鋳型ポリマー微粒子61は、分子鋳型ポリマーにより測定阻害物質を捕捉する捕捉体としての機能を有しており、詳細は後述する。
The
前処理部60には、前処理部60に検体を導入する検体導入部62が、流路621により接続されている。前処理部60には、さらにドレイン66が排出流路661により接続されており、定量部65が送出流路651により接続されている。排出流路661と送出流路651とは、切り替え部64により切り替え可能に接続されている。
A
定量部65は、前処理部60から送液された検体に含まれる検出対象物(ターゲット分子)を定量するものであり、例えば質量分析装置、液体クロマトグラフィ−質量分析装置、液体クロマトグラフ、分光光度計、生化学・免疫自動分析装置等を用いることができる。
The
検体導入部62から流路621により前処理部60に検体が注入されると、検体中に含まれる測定阻害物質は、分子鋳型ポリマー微粒子61に捕捉され、前処理部60内に留まる。切り替え部64を送出流路651側に切り変えると、前処理部60で前処理された検体溶液は、切り替え部64を経由して、送出流路651により定量部65に送液され、検出対象物(ターゲット分子)について定量分析される。
When the sample is injected from the
その結果、前処理部60への通液前よりも、測定阻害物質が大幅に低減された検体溶液を、定量部65で定量分析することが可能となる。このため、ターゲット分子の定量分析を迅速にかつ高感度に行うことができ、S/N(シグナル・ノイズ比)の高い分析結果を得ることができる。
As a result, it is possible to quantitatively analyze the sample solution in which the measurement inhibitory substance is significantly reduced as compared with the state before passing through the
なお、前処理部60に残留した、測定阻害物質を捕捉した分子鋳型ポリマー微粒子61は、切り替え部64を排出流路661側に切り替えることで、不要な夾雑物と共に、排出流路661によりドレイン66から排出してもよい。
The molecular template polymer
また、実施例1の化学分析装置は、主に低分子量の化学物質をターゲット分子としているが、臨床検査用の質量分析装置の一部では、検査項目において、このような低分子量のターゲット分子と近い分子量を有する成分が、測定を阻害する検査ノイズとして扱われている。このような化学分析装置においては、ターゲット分子の効率的な濃縮及び測定阻害物質の低減が、検査項目の実施可否を決定する。実施例1に係る化学分析装置では、分子鋳型ポリマー微粒子61を有する前処理部60により、検体に含まれる測定阻害物質を効率的に除去することができるため、得られる検出結果における測定阻害物質の影響を低減することができる。
In addition, the chemical analyzer of Example 1 mainly uses low molecular weight chemical substances as target molecules, but in some of the mass spectrometers for clinical tests, such low molecular weight target molecules and A component having a close molecular weight is treated as inspection noise that hinders measurement. In such a chemical analyzer, efficient concentration of target molecules and reduction of measurement-inhibiting substances determine whether test items can be implemented. In the chemical analyzer according to the first embodiment, the measurement inhibitor contained in the specimen can be efficiently removed by the
また、例えば質量分析装置は、高電圧をかけた真空中に、血液、血清、尿、唾液等の生体試料をインジェクションし、真空中でイオン化した成分を静電力によって飛行させ、電気的作用又は磁気的作用により質量電荷比に応じて各成分を分離して、分離した成分をそれぞれ検出することで、質量電荷比に対する検出強度に関するマススペクトルを得る成分分析が行われている。 In addition, for example, a mass spectrometer injects a biological sample such as blood, serum, urine, saliva, etc. in a vacuum applied with a high voltage and causes components ionized in the vacuum to fly by an electrostatic force, thereby causing an electric action or magnetic force. Component analysis is performed in which each component is separated according to the mass-to-charge ratio by an automatic action, and the separated component is detected to obtain a mass spectrum relating to the detected intensity with respect to the mass-to-charge ratio.
例えば血液から血球を分離した血清成分を、このような質量分析装置により質量分析する際には、血清成分をそのまま質量分析装置にインジェクションする場合、又は前処理後の血清成分を質量分析装置にインジェクションする場合のいずれにおいても、血清中のリン脂質が、検出対象物(ターゲット分子)と共にイオン化ポートに入ることがあった。この場合、リン脂質が優先的にイオン化し、本来イオン化すべき検出対象物(ターゲット分子)がイオン化されないため、測定結果に誤差が生じていた。 For example, when a serum component obtained by separating blood cells from blood is subjected to mass spectrometry using such a mass spectrometer, the serum component is directly injected into the mass spectrometer, or the pretreated serum component is injected into the mass spectrometer. In either case, phospholipids in serum may enter the ionization port together with the detection target (target molecule). In this case, since the phospholipid is preferentially ionized and the detection target (target molecule) that should be ionized is not ionized, an error occurs in the measurement result.
実施例の化学分析装置では、極性基を有するイオン化し易い測定阻害物質を、前処理部60で分子鋳型ポリマーにより予め検体から除去した上で、この検体を定量部65に通液し、定量分析を行うことができる。このため、定量部65が上記した質量分析装置である場合、例えばリン脂質のような極性基を有する測定阻害物質が優先的にイオン化されることによる、分析精度の低下を防止することができる。
In the chemical analyzer of the example, a measurement inhibitor having a polar group that is easily ionized is previously removed from the sample by the molecular template polymer in the
また、定量部65が例えば液体クロマトグラフィや分光分析装置である場合には、例えば定量分析により得られるスペクトルにおける、検出対象物(ターゲット分子)のピークと測定阻害物質のピークとの重なりを減少させることができる。
In addition, when the
また、定量部65が例えば生化学・免疫自動分析装置である場合には、抗原又は抗体を付着させた基材上に測定阻害物質が付着することによる測定誤差の発生や、測定阻害物質による抗原抗体反応の阻害反応を防止することができる。
Further, when the
なお、ターゲット分子の検出には、定量部65として、上述した質量分析装置に加え、電気計測、インピーダンス測定、表面プラズモン共鳴、水晶振動子などを用いた計測手段や分光光度計等を使用してもよい。
In addition, for the detection of the target molecule, in addition to the above-described mass spectrometer, the
図1では、定量部65に前処理部60を一つ設けた構成を示したが、一の定量部65に対して複数個の前処理部60を設けることも可能である。この場合には、測定阻害物質の除去を、複数の前処理部60により並列的に行うことができるため、より効率的で高スループットな分析を行うことが可能となる。
In FIG. 1, a configuration in which one
分子鋳型ポリマーが捕捉する分子(以下、捕捉対象分子と示す)は、上記したように、極性基を有するイオン化し易い分子であり、例えばリン脂質、リン脂質誘導体、リンタンパク質、リンペプチド等の、リン酸基を有する分子が挙げられる。 As described above, a molecule that is captured by a molecular template polymer (hereinafter referred to as a molecule to be captured) is a molecule that has a polar group and is easily ionized. For example, phospholipids, phospholipid derivatives, phosphoproteins, phosphopeptides, A molecule having a phosphate group is exemplified.
捕捉対象分子の分子量は、捕捉体が捕捉可能な分子量であれば特に限定はされないが、実施例1は、低分子量の化学物質の検出を主たる目的としているため、ターゲット分子の分子量は、概ね数十から数百程度である。この点は、以下の実施例2においても同様である。 The molecular weight of the molecule to be captured is not particularly limited as long as it is a molecular weight that can be captured by the capturing body. However, since Example 1 mainly aims to detect a low molecular weight chemical substance, the molecular weight of the target molecule is approximately several. About ten to several hundred. This also applies to Example 2 below.
図2に、分子鋳型ポリマー微粒子61に含まれる、分子鋳型ポリマー(MIP)12の代表的な作製原理を示す。まず、捕捉対象分子のテンプレート分子10と、このテンプレート分子10に相互作用するモノマー原料A101、モノマー原料B102、及びモノマー原料C103との混合物中で重合反応を行い、テンプレート分子10の認識部位11を形成させる。その後、テンプレート分子10を洗浄等により除去することで、認識部位11を有する分子鋳型ポリマー(MIP)12を作製することができる。
FIG. 2 shows a typical production principle of the molecular template polymer (MIP) 12 included in the molecular template polymer
テンプレート分子10は、認識部位11を形成するための鋳型分子であり、捕捉対象分子そのものを使用してもよく、捕捉対象分子の誘導体や類似体を用いても良い。
The
分子鋳型ポリマー(MIP)12は、特定のテンプレート分子10を利用して形成したものであって、捕捉対象分子となる化学物質を、その捕捉対象分子が有する特定分子構造に依存して捕捉できるものである。捕捉対象分子を捕捉する捕捉体としては、少なくとも分子鋳型ポリマー(MIP)12を有していればよく、特定分子構造に依存して捕捉対象分子を捕捉する機能を有する、ポリマー以外の材質のものを有していてもよい。例えばタンパク質であっても良いし、また金属であっても良い。捕捉体としては、具体的には抗体や分子鋳型ポリマー等が該当する。
The molecular template polymer (MIP) 12 is formed using a
分子鋳型ポリマー(MIP)12の製造方法は、以下の通りである。例えば、まず、捕捉対象分子又はその類似の化学物質であるテンプレート分子10の存在下で、そのテンプレート分子10とイオン結合や水素結合によって相互作用する機能性モノマーを、必要に応じて用いる他のモノマー成分と共に重合させ、テンプレート分子10をポリマー内に固定する。その際、機能性モノマーと他のモノマー成分との共重合比は、各モノマー成分の種類等によって異なり、特に限定されるものではないが、例えば機能性モノマー:他のモノマー成分=1:16〜1:64(モル比)とすることができる。特に、機能性モノマー:他のモノマー成分=1:32が望ましい。その後、洗浄によってポリマーからテンプレート分子を除去する。ポリマー中に残ったキャビティー(空間)は、テンプレート分子10の形状を記憶すると共に、分子鋳型ポリマー(MIP)12内に固定されている機能性モノマーによって化学的認識能も備えた認識部位となる。
The manufacturing method of the molecular template polymer (MIP) 12 is as follows. For example, first, a functional monomer that interacts with the
テンプレート分子10としては、例えば、捕捉対象分子を誘導体化し、分子鋳型ポリマーを形成するモノマーと共重合反応する官能基を導入したものを用いてもよい。テンプレート分子10とモノマーとの間に共重合反応による共有結合を形成することによって、両者の相互作用がより強固となり、テンプレート分子10とモノマーとのフィッティング性が向上する。これにより、分子鋳型ポリマー(MIP)12として、捕捉対象分子の取り込み効率が向上する等の有利な性質をもたらすことができる。このような誘導体化した捕捉対象分子と共重合させるモノマーとしては、誘導体化していない捕捉対象分子をテンプレート分子10として用いる場合の原料モノマーと同様に、官能基を2つ以上有するモノマーや、複数種のモノマーの組み合わせを用いることができる。
As the
また、テンプレート分子10に導入する、モノマーと共重合反応する官能基としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、エポキシ基など重合性の置換基等が挙げられる。特に、メタクリロイル基が好ましい。
Examples of the functional group that is introduced into the
捕捉対象分子としては、常温常圧下では固体状態でのみ存在可能な物質であって、気体中若しくは液体中で微粒子として存在できる化学物質も含むものとする。ただし、分子鋳型ポリマーに対して腐蝕効果、溶解効果、変性効果等を有するものは、対象分子として不適である。 The molecules to be captured include substances that can exist only in a solid state at normal temperature and pressure, and include chemical substances that can exist as fine particles in gas or liquid. However, those having a corrosive effect, a dissolution effect, a modification effect, etc. with respect to the molecular template polymer are not suitable as target molecules.
一般に、分子鋳型ポリマーを製造する際には、上記したように、捕捉対象分子やその誘導体をテンプレート分子として用いて合成した後、テンプレート分子を洗浄により除去することで、捕捉対象分子を捕捉するための認識部位(空間)を形成している。上記のようにして合成した分子鋳型ポリマーには、洗浄後においても、テンプレート分子がポリマー内に残存する可能性がある。このような分子鋳型ポリマーを検体の前処理に用いると、分子鋳型ポリマー内に残存したテンプレート分子が前処理後の検体に溶出し、定量部65(図1参照)に流入することがある。この場合、定量部65に流入したテンプレート分子が、検査結果を攪乱する測定阻害物質であると、定量部65で得られる分析精度が低下する。
In general, when a molecular template polymer is produced, as described above, a target molecule or its derivative is synthesized as a template molecule, and then the target molecule is captured by removing the template molecule by washing. The recognition site (space) is formed. In the molecular template polymer synthesized as described above, the template molecule may remain in the polymer even after washing. When such a molecular template polymer is used for sample pretreatment, template molecules remaining in the molecular template polymer may elute into the sample after pretreatment and flow into the quantification unit 65 (see FIG. 1). In this case, if the template molecule that has flowed into the
従って、捕捉対象分子が、例えばリン脂質のように、検体中に微量に残留していても分析結果を攪乱するような測定阻害物質である場合には、テンプレート分子として、捕捉対象分子やその誘導体以外の分子を用いて、分子鋳型ポリマーを作製することが好ましい。 Therefore, if the capture target molecule is a measurement inhibitor that disturbs the analysis result even if it remains in the sample in a trace amount, such as phospholipid, the capture target molecule or its derivative is used as a template molecule. It is preferable to prepare a molecular template polymer using a molecule other than.
例えば、捕捉対象分子が、リン酸基を有する分子である場合には、分子鋳型ポリマーは、テンプレート分子として、この捕捉対象分子と異なる分子を用いて合成することが好ましい。この場合、テンプレート分子としては、リン酸基を有する分子の分子構造を模倣する分子として、分子中に極性基を有し、かつこの極性基が、その両側に他の原子団との結合部位を有するものを用いることができる。 For example, when the capture target molecule is a molecule having a phosphate group, the molecular template polymer is preferably synthesized using a molecule different from the capture target molecule as the template molecule. In this case, the template molecule is a molecule that mimics the molecular structure of a molecule having a phosphate group, has a polar group in the molecule, and this polar group has binding sites with other atomic groups on both sides thereof. It can be used.
例えば、リン脂質を捕捉するための分子鋳型ポリマーを合成する場合には、テンプレート分子として、リン脂質やその誘導体を使用せず、リン脂質の分子構造を模倣する分子を用いることが好ましい。リン脂質の分子構造を模倣する分子としては、分子構造や官能基等の観点から、ケトプロフェン骨格を有する分子を用いることができ、例えばS−ケトプロフェン(S−ketoprofen)を用いることができる。 For example, when a molecular template polymer for capturing phospholipids is synthesized, it is preferable to use a molecule that mimics the molecular structure of phospholipid without using phospholipid or a derivative thereof as a template molecule. As a molecule that mimics the molecular structure of the phospholipid, a molecule having a ketoprofen skeleton can be used from the viewpoint of the molecular structure, functional group, and the like. For example, S-ketoprofen (S-ketoprofen) can be used.
具体的には、テンプレート分子であるS−ケトプロフェン(S−ketoprofen)の存在下で、機能性モノマーとしてのビニルモノマーと、必要に応じてスチレンやジビニルベンゼン等の他のモノマー成分とを、重合開始剤ともに共重合させることによって、分子鋳型ポリマーを得ることができる。 Specifically, in the presence of the template molecule S-ketoprofen (S-ketoprofen), the polymerization of vinyl monomer as a functional monomer and other monomer components such as styrene and divinylbenzene as required is initiated. A molecular template polymer can be obtained by copolymerizing the agent together.
上記した機能性モノマーとしてのビニルモノマーと他のモノマー成分とを共重合させる場合、その共重合比は、各モノマー成分やテンプレート分子の種類等によって異なり特に限定されるものではない。 When the vinyl monomer as the functional monomer is copolymerized with another monomer component, the copolymerization ratio varies depending on the monomer component, the type of template molecule, and the like and is not particularly limited.
このようにして得られた分子鋳型ポリマーは、ケトプロフェン骨格を有する分子と特異的に結合可能な認識部位を有する。上記したように、ケトプロフェン骨格は、リン脂質の分子構造を模倣する分子構造であるため、この認識部位が、リン脂質の認識部位として機能する。 The molecular template polymer thus obtained has a recognition site capable of specifically binding to a molecule having a ketoprofen skeleton. As described above, since the ketoprofen skeleton has a molecular structure that mimics the molecular structure of phospholipid, this recognition site functions as a recognition site for phospholipid.
テンプレート分子としてS−ケトプロフェン(S−ketoprofen)を用いる場合、S−ケトプロフェン(S−ketoprofen)に、例えばアクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、エポキシ基などの重合性の置換基を導入して誘導体化したものを、テンプレート分子としても良い。 When S-ketoprofen (S-ketoprofen) is used as a template molecule, derivatization is performed by introducing polymerizable substituents such as acryloyl group, methacryloyl group, vinyl group, epoxy group, etc. into S-ketoprofen (S-ketoprofen). The template molecule may be used as a template molecule.
なお、分子鋳型ポリマーとしては、テンプレート分子の存在下で重合反応を行って作成されるものであればよく、テンプレート分子とまわりのビニルモノマーとの相互作用は、共有結合に限られず、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス力、疎水−疎水結合などの一部又は組み合わせを利用してもよい。 The molecular template polymer may be prepared by performing a polymerization reaction in the presence of a template molecule, and the interaction between the template molecule and the surrounding vinyl monomer is not limited to a covalent bond, but an ionic bond, Some or a combination of hydrogen bonds, van der Waals forces, hydrophobic-hydrophobic bonds, etc. may be used.
図3A、図3Bに、前処理部60に収容される分子鋳型ポリマー微粒子61の断面図を示す。分子鋳型ポリマー微粒子61は、コア層20の周りに一層のシェル層21を有する、2層構造のコア−シェル型の構造を有している。
3A and 3B are sectional views of the molecular template polymer
コア−シェル型の分子鋳型ポリマー微粒子としては、例えば図3Aに示すように、コア層20としてポリスチレン層を用い、シェル層21として分子鋳型ポリマーの層を形成した微粒子構造とすることができる。これらのコア−シェル構造を有する分子鋳型ポリマー微粒子は、サブミクロンサイズであり、かつ粒径が均一であるため、カラム状や平板状に並べた際に密に詰まり、ターゲット分子に対して高い認識力を得られる。
As the core-shell type molecular template polymer fine particles, for example, as shown in FIG. 3A, a fine particle structure in which a polystyrene layer is used as the
シェル層21としては、コア層20の外側に、測定阻害物質を捕捉する分子鋳型ポリマーの層を、表層として有していればよい。換言すれば、測定阻害物質を捕捉する分子鋳型ポリマーの層を表層として有する粒子を合成できればよい。
As the
分子鋳型ポリマー微粒子61としては、コア層20の周りに一層のシェル層21を有する、2層構造のコア−シェル型のもの(図3A参照)に限られず、3層構造のコア−シェル1−シェル2型の微粒子を用いることもできる。3層構造のコア−シェル1−シェル2型の分子鋳型ポリマー微粒子61は、図3Bに示すように、コア層22の周りに第1シェル層23を有し、その周りに第2シェル層24を有するコア−シェル1−シェル2型の構造を有している。このような構造とすることで、例えば、コア層22としてFe2O3(酸化鉄)ビーズを用い、第1シェル層23としてポリスチレン層を形成し、第2シェル層24として分子鋳型ポリマーの層を形成することで、磁性を有する分子鋳型ポリマー微粒子を調製することができる。
The molecular template polymer
ここでは、分子鋳型ポリマー微粒子61のコア層22として、Fe2O3(酸化鉄)を用いた例を示したが、コア層22としては、Fe2O3(酸化鉄)以外の磁性体を用いてもよい。
Here, as the
これにより、分子鋳型ポリマー微粒子61は磁性体として機能し、表層により測定阻害物質を捕捉した後、例えば磁石などにより分子鋳型ポリマー微粒子61を移動させることができ、ハンドリングが容易になる。具体的には、例えば血清、尿などのように、検出対象物(ターゲット分子)と共に測定阻害物質を含む検体中に、上記した分子鋳型ポリマーを表層に有する磁性体を浸漬させ、一定時間放置して、分子鋳型ポリマーにより測定阻害物質を捕捉した後、磁石などにより、この磁性体を検体から容易に引き上げることができる。その結果、検体中に含まれる物質のうち、測定阻害物質を分離することができる。
Thereby, the molecular template polymer
中でも、コア−シェル1−シェル2型の分子鋳型ポリマー微粒子は、第1シェル層23であるポリスチレン層により、第2シェル層24である分子鋳型ポリマーの層とコア層22であるFe2O3(酸化鉄)ビーズとの密着性が高められており、分子鋳型ポリマーによる安定した分子捕捉機能を得ることができる。
Among them, the core-shell 1-
コア−シェル型の分子鋳型ポリマー微粒子の合成スキームを、以下に示す。コア層となる成分を含む微粒子(以下、単にコアビーズと示す。)の存在下で重合反応を行い、さらに遠心分離、加水分解、洗浄を行うことで、分子鋳型ポリマーを表面に有するポリマービーズを合成できる。 A synthesis scheme of the core-shell type molecular template polymer fine particles is shown below. Polymerization reaction is carried out in the presence of fine particles (hereinafter simply referred to as “core beads”) containing the components that form the core layer, and further, centrifugation, hydrolysis, and washing are performed to synthesize polymer beads having a molecular template polymer on the surface. it can.
即ち、コアビーズ(微粒子)の存在下で、テンプレート分子と、重合性のビニルモノマー(機能性モノマー)とを重合反応させることで、分子鋳型ポリマーの微粒子を作製できる点に特徴を有している。その後、遠心分離工程、加水分解工程、洗浄工程を経て、最終的に分子鋳型ポリマーの微粒子を得ることができる。 That is, it is characterized in that molecular template polymer fine particles can be produced by polymerizing a template molecule and a polymerizable vinyl monomer (functional monomer) in the presence of core beads (fine particles). Thereafter, fine particles of the molecular template polymer can be finally obtained through a centrifugation step, a hydrolysis step, and a washing step.
このようにして得られた分子鋳型ポリマー微粒子において、コアビーズ(微粒子)は、分子鋳型ポリマーの原料モノマー及びテンプレート分子(捕捉対象分子又はその誘導体)を用いて合成される分子鋳型ポリマーにより被覆される。コアビーズ(微粒子)を被覆する分子鋳型ポリマーは、捕捉対象分子の認識部位を有している。 In the molecular template polymer fine particles obtained in this way, the core beads (fine particles) are coated with a molecular template polymer synthesized using the raw material monomers of the molecular template polymer and the template molecules (capture target molecules or derivatives thereof). The molecular template polymer that coats the core beads (fine particles) has a recognition site for the molecule to be captured.
例えば、コアビーズとしてポリスチレンビーズを用い、上記したようにして重合反応、遠心分離、加水分解、洗浄を行うことで、図3Aに示す2層構造のコア−シェル型の分子鋳型ポリマー微粒子を合成することができる。 For example, by using polystyrene beads as the core beads and performing the polymerization reaction, centrifugation, hydrolysis, and washing as described above, the core-shell type molecular template polymer fine particles having a two-layer structure shown in FIG. 3A are synthesized. Can do.
また、例えばコアビーズとしてFe2O3(酸化鉄)ビーズを用い、その表面に予めポリスチレン層を形成した後、上記したようにして重合反応、遠心分離、加水分解、洗浄を行うことで、図3Bに示す3層構造のコア−シェル1−シェル2型の分子鋳型ポリマー微粒子を合成することができる。
Further, for example, by using Fe 2 O 3 (iron oxide) beads as the core beads and forming a polystyrene layer on the surface in advance, the polymerization reaction, centrifugation, hydrolysis, and washing are performed as described above. The core-shell 1-
以上説明した実施例1の化学分析装置では、分析を攪乱するリン脂質等の測定阻害物質を、分子鋳型ポリマーにより除去した上で、定量分析を行えるため、高精度な分析を行うことが可能となる。 In the chemical analyzer of Example 1 described above, it is possible to perform high-precision analysis because quantitative analysis can be performed after removing measurement-inhibiting substances such as phospholipids that disturb the analysis with a molecular template polymer. Become.
また、実施例1の化学分析装置では、分子鋳型ポリマーを用いることにより、複雑な装置構成や大規模な装置構成を用いることなく、測定阻害物質を連続的に除去処理できるため、低コストで、効率的かつ高スループットな分析を行うことが可能となる。 In addition, in the chemical analysis apparatus of Example 1, by using a molecular template polymer, measurement inhibitory substances can be continuously removed without using a complicated apparatus configuration or a large-scale apparatus configuration. An efficient and high-throughput analysis can be performed.
図4に、上記した分子鋳型ポリマー(MIP)を用いて前処理工程から分析工程まで行うときの処理フローの例を説明する。まず、検査対象である検体を、分子鋳型ポリマー(MIP)を充填したバイアル瓶、シリンジ、カラム等に通液する。この際、検体と分子鋳型ポリマー(MIP)との共存下で、これらを攪拌振蕩させる。これにより、検体中の測定阻害物質を、分子鋳型ポリマー(MIP)により効果的に捕捉することが可能となる。次いで、検体と分子鋳型ポリマー(MIP)との攪拌により得られた懸濁液中の上澄み液を分取する。そして、分取した上澄み液に含まれる成分を分析する。 FIG. 4 illustrates an example of a processing flow when performing from the pretreatment process to the analysis process using the molecular template polymer (MIP) described above. First, a specimen to be examined is passed through a vial, syringe, column, or the like filled with a molecular template polymer (MIP). At this time, these are stirred and shaken in the presence of the specimen and the molecular template polymer (MIP). As a result, the measurement-inhibiting substance in the sample can be effectively captured by the molecular template polymer (MIP). Next, the supernatant liquid in the suspension obtained by stirring the specimen and the molecular template polymer (MIP) is collected. And the component contained in the fractionated supernatant liquid is analyzed.
以上説明したフローにより、例えばリン脂質等の測定阻害物質が、検体溶液から除去されるため、ターゲット分子の高感度分析が可能となる。 According to the flow described above, for example, measurement-inhibiting substances such as phospholipids are removed from the sample solution, so that highly sensitive analysis of the target molecule becomes possible.
図5に、実施例2に係る前処理装置400の概略構成を示す。前処理装置400は、例えば図1に示す化学分析装置600の前処理部60として適用できるものであり、シリンジ状の容器40を備えている。容器40には、リン脂質43を捕捉する分子鋳型ポリマー41が充填されている。分子鋳型ポリマー41としては、実施例1で説明した分子鋳型ポリマーと同様のものを用いることができる。検体42には、測定阻害物質となるリン脂質43が含まれている。また、検体42には、検出対象物(ターゲット分子)である分子44や分子45が含まれている。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a
まず、この検体42を容器40に通液する。容器40に通液された検体42中のリン脂質43は、分子鋳型ポリマー41により捕捉されて除去される。このようにして前処理された後の検体42を分析することで、正確な分析を行うことが可能となる。
First, the
なお、図5では、分子鋳型ポリマー41により検体中のリン脂質43を捕捉して除去する例について示した。但し、前処理装置400は、分子鋳型ポリマー41の種類を適宜選択することにより、例えばリン脂質誘導体、リンタンパク質、リンペプチド等の、リン脂質以外の測定阻害物質を除去することが可能である。
FIG. 5 shows an example in which the
上記した実施例1〜実施例2では、分子鋳型ポリマー微粒子を用いた場合を例に説明した。但し、測定阻害物質の捕捉体としては、分子鋳型ポリマー合成後に得られた紛体を粉砕し分級することで、小粒径でかつ揃った粒径を有する粉砕型の分子鋳型ポリマーを用いてもよい。ただし、ターゲット分子の検出の高感度化のためには、分子鋳型ポリマーの表面積は大きいほど好適である。このため、捕捉体の粒径をより小さくするためには、上記したように、サブミクロンオーダーの粒径を持つコアビーズの表面に、分子鋳型ポリマーを被覆した分子鋳型ポリマー微粒子を用いることが好ましい。 In Examples 1 to 2 described above, the case where molecular template polymer fine particles are used has been described as an example. However, a pulverized molecular template polymer having a small particle size and a uniform particle size may be used as a capture body for the measurement inhibitor by pulverizing and classifying the powder obtained after the synthesis of the molecular template polymer. . However, in order to increase the sensitivity of detection of the target molecule, it is preferable that the surface area of the molecular template polymer is larger. For this reason, in order to make the particle size of the capturing body smaller, it is preferable to use molecular template polymer fine particles in which the surface of the core bead having a particle size of submicron order is coated with the molecular template polymer as described above.
また、上記した実施例1〜実施例2によれば、測定阻害物質の捕捉体として分子鋳型ポリマーを有する分子鋳型ポリマー微粒子を用いることで、従来定量分析に必要とされていた、分離装置(HPLC)等の高コストな装置を用いることなくかつ迅速に、検出対象物(ターゲット分子)の定量分析を行うことができる。このため、化学分析装置全体としての低コスト化や低サイズ化に貢献することができる。オフライン分離でもよい。 Further, according to the above-described Examples 1 to 2, by using molecular template polymer fine particles having a molecular template polymer as a capturing substance for a measurement inhibitor, a separation apparatus (HPLC which has been conventionally required for quantitative analysis) ) And the like can be quickly and quantitatively analyzed without using a high-cost device. For this reason, it can contribute to the cost reduction and size reduction as a whole chemical analyzer. Offline separation may be used.
〔実験例1〕
次に、分子鋳型ポリマーの製造方法について、さらに詳細に説明する。以下では、上記の手順に従い、化学分析を擾乱する測定阻害物質であるリン脂質を捕捉するための分子鋳型ポリマー微粒子を合成する場合について説明する。
[Experimental Example 1]
Next, the method for producing the molecular template polymer will be described in more detail. In the following, the case of synthesizing molecular template polymer fine particles for capturing phospholipid, which is a measurement inhibitor that disturbs chemical analysis, according to the above procedure will be described.
(分子鋳型ポリマー微粒子の合成)
実験例1では、リン脂質を捕捉する分子鋳型ポリマーを、S−ケトプロフェン(S−ketoprofen)をテンプレート分子として用いて合成した。
(Synthesis of molecular template polymer fine particles)
In Experimental Example 1, a molecular template polymer that captures phospholipids was synthesized using S-ketoprofen as a template molecule.
具体的には、以下に示すようにして、粉砕型の分子鋳型ポリマーを合成した。まず、バイアル瓶に、テンプレート分子としてのS−ketoprofen(0.10mmol/L、259mg)、MAA(0.48mmol/L、410μL)、EDMA(1.56mmol/L、2.95μL)、4−styrenesulfonic acid(100mg)、AIBN(17.5mg)を、50mLの溶媒(アセトニトリル:45mL、イオン交換水:5mL)に溶解させた。次いで、セプタムキャップをして窒素置換し、10分間窒素パージした後、70℃で12時間反応させた。 Specifically, a pulverized molecular template polymer was synthesized as described below. First, S-ketoprofen (0.10 mmol / L, 259 mg), MAA (0.48 mmol / L, 410 μL), EDMA (1.56 mmol / L, 2.95 μL), 4-styrenesulfonic as template molecules were placed in a vial. Acid (100 mg) and AIBN (17.5 mg) were dissolved in 50 mL of a solvent (acetonitrile: 45 mL, ion-exchanged water: 5 mL). Next, the septum cap was put on and purged with nitrogen, purged with nitrogen for 10 minutes, and then reacted at 70 ° C. for 12 hours.
重合液を回収し、遠心分離機にかけ、上澄み溶液を除去した後、ソクスレー洗浄を行った。具体的には、ソクスレー洗浄により、メタノール/酢酸=9:1で洗浄した後、メタノールで洗浄した。 The polymerization solution was collected, centrifuged, and the supernatant solution was removed, followed by Soxhlet washing. Specifically, it was washed with methanol / acetic acid = 9: 1 by Soxhlet washing and then with methanol.
上記の方法により、リン脂質除去用の分子鋳型ポリマーを作製できた。上記のソクスレー洗浄により、分子鋳型ポリマーからケトプロフェンが十分に除去されたことを確認するため、ソクスレー洗浄の過程において、ケトプロフェンの濃度をHPLC測定した。測定結果を表1に示す。 By the above method, a molecular template polymer for removing phospholipid could be prepared. In order to confirm that ketoprofen was sufficiently removed from the molecular template polymer by the above Soxhlet washing, the concentration of ketoprofen was measured by HPLC in the course of Soxhlet washing. The measurement results are shown in Table 1.
〔実験例2〕
実施例1で合成した分子鋳型ポリマー(MIP)を用いて、リン脂質の除去能力を評価した。まず、事前実験として、種々のリン脂質濃度における吸光度を測定した。各リン脂質濃度における吸光度の測定値を表2に示す。これらの吸光度の測定値を、各リン脂質濃度に対してプロットして検量線を作成し、リン脂質濃度と吸光度との関係を算出した。なお、検量線の作製には、リン脂質として、1−Palmitoyl−2−oleoyl−sn−glycero−3−PC(1,2−POPC,1−Palmitoyl−2−oleoyl−sn−glycero−3−Phosphocholine)を用いた。図6に、リン脂質濃度と吸光度との関係を示す。図6に示すとおり、各リン脂質濃度に対する吸光度のプロットは、線形の関係となった。リン脂質濃度をx、吸光度をyとしたとき、これらの関係は、y=0.0324x+0.0165の計算式で近似され、相関係数R2=0.9894となった。
[Experimental example 2]
Using the molecular template polymer (MIP) synthesized in Example 1, the ability to remove phospholipids was evaluated. First, as a preliminary experiment, the absorbance at various phospholipid concentrations was measured. Table 2 shows the measured absorbance at each phospholipid concentration. These absorbance measurements were plotted against each phospholipid concentration to create a calibration curve, and the relationship between phospholipid concentration and absorbance was calculated. The calibration curve was prepared by using 1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-PC (1,2-POPC, 1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine as phospholipid. ) Was used. FIG. 6 shows the relationship between phospholipid concentration and absorbance. As shown in FIG. 6, the absorbance plot for each phospholipid concentration had a linear relationship. When the phospholipid concentration is x and the absorbance is y, these relationships are approximated by a calculation formula of y = 0.0324x + 0.0165, and the correlation coefficient R2 = 0.9894.
次に、リン脂質水溶液を、リン脂質濃度が1.5mg/mLとなるように調製し、この水溶液を、5本のバイアル瓶にそれぞれ1mLずつ入れた。なお、リン脂質は、図6の検量線の作成に用いたリン脂質と同じものを使用した。次いで、リン脂質水溶液を入れた各バイアル瓶に、実験例1で合成した分子鋳型ポリマー(MIP)を、それぞれ10mg、20mg、30mg、40mg、50mgずつ入れ、温度25℃、400rpmの条件で60分間攪拌振とうした。その後、得られた懸濁液を遠心分離し、上澄み液の吸光度を、リン脂質定量用ELISAキットを用いて吸光度分析した(除去能力評価実験)。 Next, an aqueous phospholipid solution was prepared so that the phospholipid concentration was 1.5 mg / mL, and 1 mL each of this aqueous solution was placed in 5 vials. In addition, the same phospholipid as the phospholipid used for preparation of the calibration curve of FIG. 6 was used. Next, the molecular template polymer (MIP) synthesized in Experimental Example 1 is placed in each vial containing the phospholipid aqueous solution in 10 mg, 20 mg, 30 mg, 40 mg, and 50 mg, respectively, at a temperature of 25 ° C. and 400 rpm for 60 minutes. Stirred and shaken. Thereafter, the obtained suspension was centrifuged, and the absorbance of the supernatant was analyzed using a phospholipid quantification ELISA kit (removal ability evaluation experiment).
上記した除去能力評価実験により得られた各吸光度から、図6の検量線を用いて、各上澄み液のリン脂質濃度を算出し、リン脂質減少濃度(リン脂質の濃度減少分)及び除去率を算出した。なお、リン脂質減少濃度は、除去能力評価実験後の各リン脂質濃度の、初期濃度(1.5mg/mL)との差分である。各分子鋳型ポリマー(MIP)濃度での、リン脂質減少濃度及びリン脂質除去率を、表3に示す。また、分子鋳型ポリマー(MIP)添加濃度とリン脂質減少濃度との関係を図7に示す。なお、図7では、横軸(x軸)に分子鋳型ポリマー(MIP)添加濃度[mg/mL]を示し、第1縦軸にリン脂質の減少濃度[mg/mL]を示し、第2縦軸に、第1縦軸に対応するリン脂質除去率[%]を示す。 The phospholipid concentration of each supernatant is calculated from each absorbance obtained by the above-described removal ability evaluation experiment, using the calibration curve of FIG. 6, and the phospholipid reduction concentration (phospholipid concentration reduction) and the removal rate are calculated. Calculated. The phospholipid reduction concentration is the difference between the phospholipid concentration after the removal ability evaluation experiment and the initial concentration (1.5 mg / mL). Table 3 shows the phospholipid reduction concentration and the phospholipid removal rate at each molecular template polymer (MIP) concentration. Further, FIG. 7 shows the relationship between the molecular template polymer (MIP) addition concentration and the phospholipid reduction concentration. In FIG. 7, the horizontal axis (x-axis) shows the concentration of molecular template polymer (MIP) added [mg / mL], the first vertical axis shows the reduced concentration of phospholipid [mg / mL], and the second vertical axis The axis indicates the phospholipid removal rate [%] corresponding to the first vertical axis.
図7に示すとおり、分子鋳型ポリマー(MIP)の添加量の増加に従って、リン脂質減少濃度、即ちリン脂質の除去率が高まっており、50mgの添加量では、90%以上の除去率が達成された。 As shown in FIG. 7, the phospholipid reduction concentration, that is, the removal rate of phospholipids increases as the addition amount of molecular template polymer (MIP) increases. With the addition amount of 50 mg, a removal rate of 90% or more is achieved. It was.
10…テンプレート分子、11…認識部位、12…分子鋳型ポリマー、101…モノマー原料A、102…モノマー原料B、103…モノマー原料C、20、22…コア層、21…シェル層、23…第1シェル層、24…第2シェル層、400…前処理装置、40…容器、41…分子鋳型ポリマー、42…検体、43…リン脂質、44、45…検出対象物である分子、600…化学分析装置、60…前処理部、61…分子鋳型ポリマー微粒子、62…検体導入部、621…流路、64…切り替え部、65…定量部、651…送出流路、66…ドレイン、661…排出流路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記前処理部に通液された前記検体に含まれる成分を定量する定量部と、を有することを特徴とする化学分析装置。 A pretreatment unit containing a molecular template polymer that captures a molecule having a polar group contained in a specimen;
A chemical analysis apparatus comprising: a quantitative unit that quantifies a component contained in the specimen passed through the pretreatment unit.
前記前処理装置は、前記検体に含まれる極性基を有する分子を捕捉する分子鋳型ポリマーを備えており、該分子鋳型ポリマーにより、前記検体から前記極性基を有する分子を除去することを特徴とする前処理装置。 A pretreatment device used in a chemical analyzer for quantitative analysis of components contained in a specimen,
The pretreatment apparatus includes a molecular template polymer that captures a molecule having a polar group contained in the specimen, and the molecular template polymer removes the molecule having the polar group from the specimen. Pre-processing device.
前記前処理部に通液された前記検体に含まれる成分を定量分析することを特徴とする化学分析方法。 The sample is passed through a pretreatment unit containing a molecular template polymer that captures molecules having polar groups,
A chemical analysis method comprising quantitatively analyzing a component contained in the specimen passed through the pretreatment unit.
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